(57)【要約】【課題】  ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置において、充分な高寿命性を確保しつつ、高速変調性を向上する。【解決手段】  本発明の半導体レーザ装置は、第１導電型半導体基板１０の上面に第１導電型クラッド層２０と半導体活性層３０と第２導電型クラッド層５１、５４、５６と第２導電型コンタクト層６０と第２導電型電極７２とを順次有し、第１導電型クラッド層２０の下方に第１導電型電極７１を有し、かつ第２導電型クラッド層５１、５４、５６のうち少なくとも一層がリッジ構造を有して半導体活性層３０の特定領域３０ａに選択的に電流が注入される構成とされ、レーザ共振器長が５００μｍ以上であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子２を備え、半導体レーザ素子２の半導体基板１０側が実装基板に固定されたものである。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板の一方の面に、該半導体基板側から上方に第１導電型クラッド層と半導体活性層と単数又は複数の第２導電型クラッド層と第２導電型コンタクト層と第２導電型電極とを順次有し、前記第１導電型クラッド層の下方に第１導電型電極を有し、かつ少なくとも一層の前記第２導電型クラッド層がリッジ構造を有して前記半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される構成とされ、レーザ共振器長が５００μｍ以上であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を備え、
該半導体レーザ素子の前記半導体基板側が実装基板に実装されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子のレーザ共振器長が２０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子は、前記半導体活性層の電流注入領域がレーザ共振器軸方向に帯状に延び、前記第２導電型電極が、前記電流注入領域に対向して延びる帯状の電極本体部と該電極本体部の側方に連設されたパッド電極部とを有するものであり、該パッド電極部が前記実装基板の駆動回路に導通されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子から出射される光の中心波長が、２５℃、５ｍＷ出力時に６５０〜６７０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバとを備えたことを特徴とする光送信モジュール。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバからの出射光を受光する受光素子とを備えたことを特徴とする光送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置、これを用いた光送信モジュール及び光送受信モジュールに係り、特に半導体レーザ素子がこれを駆動する駆動回路を備えた実装基板に実装された半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバネットワークの普及に伴い、石英系光ファイバからコストの安いプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）が広く利用されるようになってきている。現状のＰＯＦ通信速度は１００Ｍｂｐｓ程度であるが、伝送情報量の増大を図るべく、より一層の高速化が要求されてきている。ＰＯＦ用光源としては、ＰＯＦの低損失波長域である波長６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子が考えられている。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の高速変調性を向上するべく、半導体活性層上に設けられた第１のｐ型クラッド層と、その上に設けられたｎ型電流阻止層及びその電流狭窄用開口部内に形成された第２のｐ型クラッド層との逆バイアス構造を有する電流狭窄部を有すると共に、この電流狭窄部上にｐ型コンタクト層を配し、このｐ型コンタクト層の表面から半導体基板に向けて掘削され電流阻止層を貫通する電流狭窄溝を電流狭窄用開口部を挟んで一対設け、電流狭窄部の実質的な逆バイアスｐｎ接合容量を低減した素子構造が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子を駆動する駆動回路を備えた実装基板に実装された半導体レーザ装置の形態で使用される。従来、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子では、ｐ型電極側（ジャンクション側）を実装基板に固定し実装する、いわゆるジャンクションダウン方式を前提に開発がなされている。これは、ＡｌＧａＩｎＰ材料の熱抵抗が高く放熱性が悪いため、放熱側であるｐ型電極側を実装基板のヒートシンクに固定し、放熱性を高めるためである。
【特許文献１】特許第２７４６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の半導体レーザ素子は、高速変調性の改良に効果があるものの充分ではなく、ＧＨｚ帯以上の高速変調可能なＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ装置は依然として実現されていない。また、光通信用途では、例えば８万時間以上の高寿命性を有することも重要であるが、高速変調性と高寿命性とは互いに背反する特性であり、これらを両立することは難しい。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、充分な高寿命性を確保しつつ、高速変調性を向上することが可能なＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置、これを用いた光送信モジュール及び光送受信モジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体レーザ装置は、第１導電型半導体基板の一方の面に、該半導体基板側から上方に第１導電型クラッド層と半導体活性層と単数又は複数の第２導電型クラッド層と第２導電型コンタクト層と第２導電型電極とを順次有し、前記第１導電型クラッド層の下方に第１導電型電極を有し、かつ少なくとも一層の前記第２導電型クラッド層がリッジ構造を有して前記半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される構成とされ、レーザ共振器長が５００μｍ以上であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を備え、該半導体レーザ素子の前記半導体基板側（前記第２導電型電極と反対側）が実装基板に実装されたことを特徴とするものである。
【０００８】
本明細書において、「第１導電型」及び「第２導電型」は、ｐ型、ｎ型等の半導体のタイプを示している。
【０００９】
本発明の半導体レーザ装置をなす半導体レーザ素子において、第１導電型電極は第１導電型クラッド層の下方（第２導電型電極とは反対側）に形成されていればよいので、第１導電型電極と第２導電型電極とは、半導体基板の異なる面に形成されてもよく、同一面に形成されていてもよい。
【００１０】
本発明の半導体レーザ装置において、前記半導体レーザ素子のレーザ共振器長が２０００μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子の半導体基板側が実装基板に固定されているので、下記構造を採用することができる。
【００１２】
すなわち、本発明の半導体レーザ装置では、前記半導体レーザ素子は、前記半導体活性層の電流注入領域がレーザ共振器軸方向に帯状に延び、前記第２導電型電極が、前記電流注入領域に対向して延びる帯状の電極本体部と該電極本体部の側方に連設されたパッド電極部とを有するものであり、該パッド電極部が前記実装基板の駆動回路に導通された構造とすることができる。
【００１３】
本発明の半導体レーザ装置は光通信用の光源等として使用でき、光通信用では、前記半導体レーザ素子から出射される光の中心波長が、２５℃、５ｍＷ出力時に６５０〜６７０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００１４】
本発明の光送信モジュールは、上記の本発明の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバとを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の光送受信モジュールは、上記の本発明の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置からの出射光を送信するプラスチック光ファイバと、該プラスチック光ファイバからの出射光を受光する受光素子とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置では、複数の第２導電型クラッド層のうち少なくとも一層がリッジ構造を有して半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される電流狭窄構造の半導体レーザ素子を用いる構成としているので、半導体レーザ素子の寄生容量が低減されている。
【００１７】
さらに、本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子の半導体基板側を実装基板に固定するジャンクションアップ方式を採用している。したがって、第２導電型電極を実装基板に固定するジャンクションダウン方式と異なり、第２導電型電極の設計自由度が高い。そのため、第２導電型電極を、電流注入領域に対向して延びる電極本体部とパッド電極部とを有するパターンで形成するなど、第２導電型電極全体の面積を狭小化することができる。第２導電型電極全体の面積を狭小化できることで、半導体レーザ素子の寄生容量を低減できる。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置では、電流狭窄構造と第２導電型電極全体の面積の狭小化による寄生容量の低減が可能であるので、従来よりも高速変調性を向上することができる。本発明者は、従来実現されていないＧＨｚ帯以上の高速変調性も実現できることを確認している。
【００１９】
また、本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子のレーザ共振器長を５００μｍ以上としており、これによって、充分な高寿命性（例えば８万時間以上）が確保されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態の半導体レーザ装置、これを備えた光送信モジュール及び光送受信モジュールについて説明する。図１は半導体レーザ装置の概略斜視図、図２は光送信モジュール及び光送受信モジュールの全体構成図（半導体レーザ装置については断面図で示してある。）、図３は半導体レーザ装置をなす半導体レーザ素子の拡大斜視図、図４は図３の半導体レーザ素子の断面図（パッド電極部の形成部分）である。
【００２１】
本実施形態の半導体レーザ装置は、出射光の中心波長が２５℃、５ｍＷ出力時に６５０〜６７０ｎｍの範囲内（プラスチック光ファイバの低損失波長域に相当）にあるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置であり、半導体レーザ素子の素子構造とその実装構造が特徴的なものである。
【００２２】
図１及び図２に示す如く、本実施形態の半導体レーザ装置１は、半導体レーザ素子２がこれを駆動する駆動回路を備えた実装基板２００に実装されたものである。実装基板２００は、駆動回路を含む駆動ＩＣ（Integrated Circuit）２２０がチップキャリア２１０の表面に搭載されたものである。半導体レーザ素子２と駆動ＩＣ２２０とはボンディングワイヤ２３０を介して導通されている。半導体レーザ素子２及び駆動ＩＣ２２０は、チップキャリア２１０に取り付けられたヒートシンク２１１上に実装されている。詳細については後記するが、半導体レーザ素子２はいわゆるジャックアションアップ方式で実装基板２００に実装されている。
【００２３】
チップキャリア２１０の材質としてはＣｕやＣｕＷ等が挙げられ、ＣｕＷが好ましい。ＣｕＷとＧａＡｓ（後記半導体基板１０の構成材料）とは熱膨張係数が略等しく、半導体レーザ素子２の実装時における歪を低減させることができる。ヒートシンク２１１の材質としてはＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ等が挙げられる。
【００２４】
本実施形態において、光送信モジュール４は、半導体レーザ装置１と半導体レーザ装置１からの出射光を伝送するプラスチック光ファイバ３１０とから構成されている。光送受信モジュール５は、この光送信モジュール４と光送信モジュール４（プラスチック光ファイバ３１０）からの出射光を受光する受光素子３２０とから構成されている。
【００２５】
プラスチック光ファイバ３１０は特に制限されず、任意のタイプが使用できる。具体的には、シングルコアとマルチコアのいずれのタイプも使用できる。コア口径は任意であり、シングルコアでは例えば２００μｍ以上のものが好ましく用いられる。組成も任意であり、少なくともコアが（メタ）アクリル系の単独重合体及び／又は共重合体を含むものが好ましく用いられる。コア及びクラッドの屈折率分布も任意であり、ステップインデックス型とグレーデッドインデックス型のいずれのタイプも使用できる。伝送モードも任意であり、シングルモードとマルチモードのいずれのタイプも使用できる。光ファイバ３１０としては、半導体レーザ素子２からの出射光波長に対して伝送損失の少ないものが好ましく用いられる。受光素子３２０も特に制限されず、フォトダイオード等が挙げられる。
【００２６】
実装基板２００には、光ファイバ３１０の光入射端部を保持するファイバホルダ３１１が搭載されており、半導体レーザ素子２、駆動ＩＣ２２０、ファイバホルダ３１１、及びファイバホルダ３１１に保持された光ファイバ３１０の光入射端部が、実装基板２００に取り付けられた封止蓋２４０内に収容され気密封止されている。
【００２７】
図３及び図４に基づいて、半導体レーザ素子２の素子構造について詳細に説明する。本実施形態では、電流狭窄構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子２が備えられている。
【００２８】
半導体レーザ素子２は、ｎ型（第１導電型）半導体基板１０の一方の面（上面）に、半導体基板１０側から上方に、半導体活性層３０と半導体活性層３０の特定領域に電流を注入するための電流狭窄部５０とｐ型（第２導電型）コンタクト層６０とｐ型電極７２とを順次有し、半導体基板１０の他方の面（下面）にｎ型電極７１を有する素子である。半導体活性層３０はｎ型クラッド層２０及びｐ型クラッド層５１に挟まれており、これら２つのクラッド層のうちｐ型クラッド層５１は電流狭窄部５０の一部をなしている。
【００２９】
半導体基板１０はｎ−ＧａＡｓからなり、結晶構造が（１００）面から(１１１)方向に０〜４５°傾斜したオフ基板が好ましく用いられ、ｎ型クラッド層２０はｎ−Ｉｎ０．４９(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５１Ｐからなる。
【００３０】
半導体活性層３０はｉ型多重量子井戸活性層を主とする層であり、半導体基板１０側からＩｎ０．４９(Ａｌ０．５Ｇａ０．５) ０．５１Ｐガイド層／ｉ−ＩｎＧａＰ量子井戸層及びｉ−ＡｌＧａＩｎＰ障壁層からなる多重量子井戸活性層／Ｉｎ０．４９(Ａｌ０．５Ｇａ０．５) ０．５１Ｐガイド層の積層構造を有している。
【００３１】
電流狭窄部５０は、第１のｐ型クラッド層５１と、この上に電流狭窄用開口部５３ａを有して形成されたｎ型電流阻止層５３と、電流狭窄用開口部５３ａ内に形成された第２のｐ型クラッド層５４との逆バイアス構造を有するものである。第１のｐ型クラッド層５１とｎ型電流阻止層５３との間にはｐ型エッチングストップ層５２が形成されている。
【００３２】
本実施形態では、第２のｐ型クラッド層５４の上にｐ型中間層５５が積層されている。第２のｐ型クラッド層５４及びｐ型中間層５５は、電流阻止層５３の電流狭窄用開口部５３ａ内にのみ形成されており、下地であるエッチングストップ層５２から突出したリッジ構造部５７をなしている。
【００３３】
電流狭窄部５０は、上記の如く、第１のｐ型クラッド層５１とエッチングストップ層５２とｎ型電流阻止層５３と第２のｐ型クラッド層５４とｐ型中間層５５とから構成されている。電流狭窄部５０においては、電流狭窄用開口部５３ａ内に埋め込まれたリッジ構造の第２のｐ型クラッド層５４内に選択的に電流が流れて、第２のｐ型クラッド層５４の下方に位置する半導体活性層３０の特定領域３０ａに選択的に電流が注入されるようになっている。以降、この特定領域３０ａを電流注入領域と称す。
【００３４】
本実施形態において、電流注入領域３０ａは、レーザ共振器軸方向に平面視帯状に延びており、電流注入領域３０ａの形状に沿って、第２のｐ型クラッド層５４及び中間層５５が同様の形状（メサ帯状）で形成されている。
【００３５】
第１のｐ型クラッド層５１はｐ−Ｉｎ０．４９(Ａｌ０．７Ｇａ０．３) ０．５１Ｐ、ｐ型エッチングストップ層５２はｐ−Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ、ｎ型電流阻止層５３はｎ−ＧａＡｓ、第２のｐ型クラッド層５４はｐ−Ｉｎ０．４９(Ａｌ０．７Ｇａ０．３) ０．５１Ｐ、ｐ型中間層５５はｐ−Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐからなっている。
【００３６】
電流狭窄部５０上に第３のｐ型クラッド層５６とｐ型コンタクト層６０とが順次積層されており、これらの層５６及び６０はいずれもｐ−ＧａＡｓからなっている。
【００３７】
本実施形態では、コンタクト層６０の表面から半導体基板１０に向けて掘削され、第３のｐ型クラッド層５６と電流阻止層５３と第１のｐ型クラッド層５１と半導体活性層３０とを貫通する電流狭窄溝８０が電流狭窄用開口部５３ａを挟んで一対設けられている。ｐ型コンタクト層６０はこの一対の電流狭窄溝８０間にのみ形成されている。
【００３８】
一対の電流狭窄溝８０内、及び第３のｐ型クラッド層５６上であって一対の電流狭窄溝８０間を除く領域には、ＳｉＯ２誘電体絶縁膜９０が形成されている。
【００３９】
ｐ型電極７２は、半導体活性層３０の電流注入領域３０ａに対向して延びる帯状の電極本体部７２ａと、この電極本体部７２ａの側方に連設され、電極本体部７２ａに導通されたボンディング用のパッド電極部７２ｂとから構成されている。電極本体部７２ａは一対の電流狭窄溝８０間に形成され、パッド電極部７２ｂは一対の電流狭窄溝８０の外側に形成されている。
【００４０】
半導体レーザ素子２は、レーザ共振器長が５００μｍ以上、好ましくは５００μｍ以上２０００μｍ以下に設計されている。レーザ共振器長をかかる範囲とすることで、充分な高寿命性（例えば８万時間以上）が確保されている。また、レーザ共振器長を２０００μｍ以下とすることで特に良好な高速変調性が得られ、ＧＨｚ帯以上の高速変調性も実現可能である（「実施例」の項を参照）。
【００４１】
本実施形態では、半導体レーザ素子２がジャンクションアップ方式で実装基板２００に実装されている。具体的には、半導体レーザ素子２の半導体基板１０側（ｎ型電極７１側）が実装基板２００に半田等により実装固定され、ｐ型電極７２のパッド電極部７２ｂがボンディングワイヤ２３０を介して駆動ＩＣ２２０に導通されている。
【００４２】
本実施形態の半導体レーザ装置１、これを備えた光送信モジュール４及び光送受信モジュール５は、以上のように構成されている。
【００４３】
本実施形態の半導体レーザ装置１では、複数のｐ型クラッド層５１、５４、５６のうち第２のｐ型クラッド層５４がリッジ構造を有して半導体活性層３０の特定領域３０ａに選択的に電流が注入される電流狭窄構造の半導体レーザ素子２を用いる構成としているので、半導体レーザ素子２の寄生容量が低減されている。
【００４４】
本実施形態では特に、半導体レーザ素子２の半導体活性層３０上に逆バイアス構造の電流狭窄部５０を設け、この電流狭窄部５０に含まれる電流狭窄用開口部５３ａを挟んで一対の電流狭窄溝８０を設ける構成としている。かかる構成では、一対の電流狭窄溝８０より外側への電流リークが遮断され、実質的な逆バイアスｐｎ接合面が狭小化されている。したがって、電流狭窄部５０の逆バイアスｐｎ接合容量が低減され、寄生容量が低減されている。
【００４５】
さらに、本実施形態の半導体レーザ装置１では、半導体レーザ素子２の半導体基板１０側（ｎ型電極７１側）を実装基板２００に固定するジャンクションアップ方式を採用している。したがって、ｐ型電極７２を実装基板２００に固定するジャンクションダウン方式と異なり、ｐ型電極７２の設計自由度が高い。そのため、上記の如く、ｐ型電極７２を、電流注入領域３０ａに対向して延びる電極本体部７２ａとパッド電極部７２ｂとを有するパターンで形成することができ、ｐ型電極７２全体の面積を狭小化することができる。本実施形態では、ｐ型電極７２の面積が狭小化されているので、半導体レーザ素子２の寄生容量が低減されている。
【００４６】
本実施形態の半導体レーザ装置１では、電流狭窄構造とｐ型電極７２全体の面積の狭小化によって寄生容量が低減されているので、従来よりも高速変調性が向上されている。本発明者は、従来実現されていないＧＨｚ帯以上の高速変調性も実現できることを確認している（「実施例」の項参照）。
【００４７】
本実施形態の半導体レーザ装置１では、半導体レーザ素子２のレーザ共振器長を５００μｍ以上、好ましくは５００μｍ以上２０００μｍ以下としている。本実施形態の半導体レーザ装置１では、ジャンクションアップ方式の実装方式を採用しているので、ＡｌＧａＩｎＰ材料の放熱性がジャンクションダウン方式に比して劣り、その分寿命が低下する傾向にある。しかしながら、本発明者は、レーザ共振器長を上記範囲内とすることで、光通信用途の通常使用条件において充分な高寿命性（例えば８万時間以上）を確保できることを見出している（「実施例」の項参照）。すなわち、本実施形態の半導体レーザ装置１は、充分な高寿命性（例えば８万時間以上）を確保しつつ、ＧＨｚ帯以上の高速変調性を実現したものである。
【００４８】
本実施形態の光送信モジュール４及び光送受信モジュール５は、高寿命性を確保しつつ高速変調性が向上された半導体レーザ装置１を光源として用いたものであるので、光送信及び光送受信を高速高感度に実施でき、高寿命なものとなる。
【００４９】
（その他の態様）
本発明の半導体レーザ装置、これを備えた光送信モジュール及び光送受信モジュールは上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更可能である。
【００５０】
電流狭窄溝を有する半導体レーザ素子を備えた態様についてのみ説明したが、半導体レーザ素子は複数のｐ型クラッド層のうち少なくとも一層がリッジ構造を有して半導体活性層の特定領域に選択的に電流が注入される構成とすれば、同様の効果が得られる。
【００５１】
例えば図５に示す如く、ｐ型クラッド層としてレーザ共振器軸方向に帯状に延びるリッジ構造のｐ型クラッド層５４のみを備え、このｐ型クラッド層５４を電流阻止層５３内に埋め込まず、ｐ型クラッド層５４上にｐ型中間層５５とｐ型コンタクト層６０とｐ型電極７２とを順次積層し、エッチングストップ層５２上であってｐ型クラッド層５４の非形成領域に誘電体絶縁膜９０を形成した半導体レーザ素子３を用いても、同様の効果が得られる。半導体レーザ素子３では、リッジ構造のｐ型クラッド層５４の側方に電流がリークする恐れのある層がないので、電流リークを遮断する電流狭窄溝は設けられていない。図５は上記実施形態の図３に対応する拡大斜視図であり、同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００５２】
半導体レーザ素子３においても、ｐ型クラッド層５４がリッジ構造を有して半導体活性層３０の特定領域に選択的に電流が注入される電流狭窄構造が採用されているので、寄生容量が低減されている。半導体レーザ素子３では、リッジ構造のｐ型クラッド層５４の側方に電流がリークする恐れのある層がないので、電流狭窄溝８０を有する上記の半導体レーザ素子２と同様、ｐ型クラッド層５４から側方への電流リークが遮断され、寄生容量が低減されている。
【００５３】
半導体レーザ素子３を用いる場合も、上記実施形態と同様、ジャンクションアップ方式を採用することで、ｐ型電極７２の設計自由度が高く、電流注入領域に対向して延びる電極本体部７２ａとパッド電極部７２ｂとを有するパターンで形成するなど、ｐ型電極７２全体の面積を狭小化することができる。
【００５４】
このように、半導体レーザ素子３を用いる場合も、電流狭窄構造とｐ型電極７２全体の面積の狭小化によって寄生容量が低減され、高速変調性を向上することができる。
【００５５】
また、上記実施形態と同様、半導体レーザ素子３のレーザ共振器長を５００μｍ以上、好ましくは５００μｍ以上２０００μｍ以下とすることで、充分な高寿命性（例えば８万時間以上）を確保しつつ、ＧＨｚ帯以上の高速変調性を実現することができる。
【００５６】
上記実施形態においては、ｎ型電極７１を半導体基板１０の下面（ｐ型電極７２の形成側と反対側の面）に形成した場合についてのみ説明したが、ｎ型電極７１の形成箇所はｎ型クラッド層の２０の下方であれば、半導体基板１０の上面であってもよい。
【実施例】
【００５７】
次に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
【００５８】
（実施例１）
図３及び図４に示した半導体レーザ素子２を作製した。すなわち、リッジ構造の第２のｐ型クラッド層５４が電流阻止層５３の電流狭窄用開口部５３ａ内に埋め込まれ、電流狭窄用開口部５３ａを挟んで一対の電流狭窄溝８０が設けられ、ｐ型電極７２が電極本体部７２ａ（幅３０μｍ）とパッド電極部７２ｂ（幅１００μｍ）とを有するパターンで形成された半導体レーザ素子２を作製した。素子幅は５００μｍ、一対の電流狭窄溝の離間距離（狭窄幅）は３０μｍとした。半導体レーザ素子の図３に示す前方側の端面には反射率３０％の反射膜をコーティングし、後方側の端面には反射率７０％の反射膜をコーティングした。
【００５９】
得られた半導体レーザ素子２を用いて、図１及び図２に示した半導体レーザ装置１及び光送受信モジュール５を作製した。すなわち、半導体レーザ素子２の半導体基板１０側（ｎ型電極７１側）を半田によりＣｕ製チップキャリア２１０のヒートシンク２１１に実装固定し（ジャンクションアップ方式）、パッド電極部７２ｂと駆動ＩＣ２２０とをワイヤボンディングにより導通して、半導体レーザ装置１を作製した。また、この半導体レーザ装置１を用いて、図２に示した光送受信モジュール５を作製した。プラスチック光ファイバ３１０としては、シングルコア（コア口径２００μｍ）、ステップインデックス型（マルチモード）、長さ１００ｍの光ファイバを用いた。受光素子３２０としてはＳｉフォトダイオードを用いた。
【００６０】
（比較例１）
ｐ型電極をパッド電極部がなく全体の幅が３００μｍのパターンとし、ｐ型電極側を半田により銅製チップキャリアのヒートシンクに実装固定し（ジャンクションダウン方式）、ｎ型電極と駆動ＩＣとをワイヤボンディングにより導通した以外は実施例１と同様にして、比較用の半導体レーザ装置及び光送受信モジュールを作製した。
【００６１】
（評価）
実施例１と比較例１の半導体レーザ装置について各々、共振器長を変えて寿命と変調速度を評価した。また、実施例１の光送受信モジュールについて伝送特性を評価した。評価方法は下記の通りとした。
【００６２】
＜寿命＞  ５０℃、５ｍＷ連続出力の条件で、半導体レーザ素子単体の寿命試験を実施し、ＭＴＴＦ（Mean Time To Failure）を測定した。
【００６３】
＜変調速度＞  小信号の変調特性を評価し、バイアス電流を増加させた時に信号が３ｄＢ減衰する周波数の最大値を変調速度として求めた。
【００６４】
＜伝送特性＞  半導体レーザ装置を５ｍＷ出力で２.４Ｇｂｐｓの速度で変調した時に受光素子により受光された光のビットエラーレート（ＢＥＲ）や波形パターン等を評価した。
【００６５】
（結果）
実施例１及び比較例１の評価結果を図６に示す。図示するように、同じ共振器長で比較すれば、実施例１の半導体レーザ装置は比較例１に比して変調速度が５倍程向上されている。共振器長が長くなる程その分寄生容量が増え変調帯域が低下する傾向にあるが、実施例１の半導体レーザ装置では、共振器長２０００μｍにおいても１ＧＨｚ帯の高速変調性が実現されており、共振器長０〜２０００μｍの広範囲においてＧＨｚ帯以上の高速変調性が実現されている。
【００６６】
実施例１の半導体レーザ装置は比較例１に比して寿命は短いが、共振器長５００μｍ以上とすることで、ＭＴＴＦ８万時間以上の充分な高寿命性が実現されている。実装方式によらず、５０℃、５ｍＷ出力の駆動条件では共振器長が長くなる程長寿命化している。本発明者は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子では、出力５ｍＷ程度では端面劣化がほとんど問題とならず信頼性は電流密度に大きく依存し、共振器長を長くして低電流密度化することで長寿命化が図られると推察している。
【００６７】
実施例１の光送受信モジュールの伝送特性を評価したところ、受信光におけるビットエラーレートは１０−９オーダーでも受信感度は良好であり、波形パターンも明瞭なアイが開いた良好なパターンであった。
【００６８】
（実施例２）
図５に示した、電流阻止層と電流狭窄溝のないタイプの半導体レーザ素子３を作製した。ｐ型電極７２は電極本体部（幅３μｍ）とパッド電極部（幅１００μｍ）とを有するパターンで形成した。素子幅は３００μｍとした。半導体レーザ素子の図５に示す前方側の端面には反射率４０％の反射膜をコーティングし、後方側の端面には反射率８０％の反射膜をコーティングした。
【００６９】
得られた半導体レーザ素子３の半導体基板側（ｎ型電極側）を半田によりＣｕＷ製チップキャリアのヒートシンクに実装固定し（ジャンクションアップ方式）、パッド電極部と駆動ＩＣとをワイヤボンディングにより導通して、実施例１と同様に半導体レーザ装置１を作製した。この半導体レーザ装置を用いて、実施例１と同様に光送受信モジュールを作製した。プラスチック光ファイバの長さは３０ｍとした。
【００７０】
（評価）
＜寿命と変調速度＞  実施例２の半導体レーザ装置について共振器長を２０００μｍとし、寿命と変調速度を評価した（評価方法は実施例１及び比較例１と同様）。
【００７１】
＜伝送特性＞  実施例２の光送受信モジュールについて伝送特性を評価した。半導体レーザ装置を５ｍＷ出力で１．０Ｇｂｐｓの速度で変調した時に受光素子により受光された光のビットエラーレート（ＢＥＲ）や波形パターン等を評価した。
【００７２】
（結果）
実施例２の半導体レーザ装置（共振器長２０００μｍ）の変調速度は１．０ＧＨｚ、寿命（ＭＴＴＦ）は３０万時間以上であり、実施例１と同様、ＧＨｚ帯以上の高速変調性と高寿命性が実現された。光送受信モジュールの伝送特性を評価したところ、実施例１と同様、受信光におけるビットエラーレートは１０−９オーダーでも受信感度は良好であり、波形パターンも明瞭なアイが開いた良好なパターンであった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の半導体レーザ装置、光送信モジュール及び光送受信モジュールは、光通信など、高速変調性が要求される用途に好ましく利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る実施形態の半導体レーザ装置の概略斜視図
【図２】本発明に係る実施形態の光送信モジュール及び光送受信モジュールの全体構成図
【図３】図１の半導体レーザ装置をなす半導体レーザ素子の拡大斜視図
【図４】図３の半導体レーザ素子の断面図
【図５】半導体レーザ素子の他の態様を示す拡大斜視図
【図６】本発明に係る実施例１及び比較例１の評価結果を示す図
【符号の説明】
【００７５】
１  半導体レーザ装置
２、３  半導体レーザ素子
４  光送信モジュール
５  光送受信モジュール
１０  ｎ型半導体基板（第１導電型半導体基板）
２０  ｎ型クラッド層（第１導電型クラッド層）
３０  半導体活性層
３０ａ  半導体活性層の電流注入領域
５１、５４、５６  ｐ型クラッド層（第２導電型クラッド層）
５７  リッジ構造部
６０  ｐ型コンタクト層（第２導電型コンタクト層）
７１  ｎ型電極（第１導電型電極）
７２  ｐ型電極（第２導電型電極）
７２ａ  電極本体部
７２ｂ  パッド電極部
２２０  駆動ＩＣ（駆動回路）
２００  実装基板
３１０  プラスチック光ファイバ
３２０  受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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